Creation of nano blood charcoal electrodes from biomass resources and application to next generation batteries

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K19077
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Yabu Hiroshi 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (40396255)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 庄子 真樹 宮城大学, 研究推進・地域未来共創センター, 准教授 (70505073) ; 松尾 保孝 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (90374652)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: バイオマス / 金属空気電池 / セルロースナノファイバー / 電極触媒

Outline of Final Research Achievements

he purpose of this study was to develop a high-performance and cost-effective ORR/OER bifunctional catalyst by using heteroatom-doped carbon derived from a mixture of CNF from ascidian shells, a biomass resource discarded as industrial waste, and blood meal. The nanoblood carbon catalyst was prepared by mixing CNF from ascidian shells, dried blood meal, and vitamin B12 (cyanocobalamin), followed by calcination. This catalyst was then mixed with a binder and dispersed in a solvent to develop a cathode material. Using a cell created with a 3D printer, demonstration experiments were conducted to test its performance as a cathode catalyst in a zinc-air battery. The results proved that the carbon alloy catalyst provided sufficient discharge performance and short-term charge-discharge characteristics.

Free Research Field

材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の学術的意義は、ナノ血炭触媒が、酸素還元反応(Oxygen Reduction Reacyion, ORR)触媒としての機能と、酸素発生反応(Oxygen Evolution Reaction, OER)触媒としての両方の特性を持つことに起因することを明らかとしたことである。このことはホヤ殻由来のバイオマス由来材料から作製した正極触媒が、金属空気電池の触媒として十分機能することを示した初めての例である。社会的な意義は、廃棄されるバイオマスから、機能性材料を創製する一つの例となることであり、資源循環社会の実現に貢献する。